区块链的多层结构都有那些？L1 与 L2 有什么区别？新手完整指南

区块链层：完整指南区块链被称为革命性的，但其潜力的本质在于其多层架构。这些层决定了信息在分布式网络中的传递、验证、记录和访问方式。从硬件基础层到面向应用的顶层，所有层都具有独特的功能，以促进区块链的基本特性：透明性、安全性、去中心化和不可篡改。

在本教程中，我们将探讨区块链的多层结构，并将其从第 0 层分解到第 3 层。我们还将探讨区块链技术的功能层（硬件、数据、网络、共识和应用程序），以及第 1 层和第 2 层协议之间的主要区别。读完本文后，您应该能够很好地理解区块链各层如何交互、扩展以及如何支持实际应用。

区块链的多层结构都有那些？L1 与 L2 有什么区别？新手完整指南

区块链架构

区块链彻底改变了数据存储、传输和保护的方式，如今已成为 21 世纪最具革命性的创新之一。其应用领域在金融、供应链和 Web3 业务领域拥有巨大的扩展空间，因此对区块链各层及其运作方式的理解也正在成倍增长。下文将以通俗易懂、系统化的方式讲解区块链的加密层，以便开发者和投资者更好地理解其背后的运作机制。

区块链其实就是一个分布式、永久的账本，用于维护网络上的交易数据。比如，比特币就基于 Layer 1 区块链，它拥有自己的共识、数据和网络。比特币的每笔交易都会被记录在这个账本上，因此它是一个开放安全的系统，任何人都可以审计。

与传统的中心化系统不同，区块链架构不存在单点故障。由于系统在验证者（或节点）链上复制，因此极难被黑客入侵或伪造。区块链层确保透明度，减少第三方使用，并降低运营成本。

现在让我们详细讨论区块链架构的各个层，看看它们各自如何有助于构建一个安全和分散的数字系统。

区块链的 5 个功能层

区块链有五个功能层：硬件层、数据层、网络层、共识层和应用层。这些区块链技术层相互协作，无缝衔接，促进去中心化网络的运行——从后端基础设施到终端用户的应用程序。

1.硬件层

硬件基础设施层是整个区块链平台的基础。它涵盖所有用于承载区块链节点的物理设备——计算机、服务器和网络设备。它们构成一个点对点（P2P）节点网络，提供去中心化的数据交换和验证。网络中的每个节点在运行智能合约、验证交易以及服务区块链方面都发挥着重要作用。

2.数据层

数据层负责格式化、存储和加密绑定交易数据。每笔交易都记录在一个区块中，其中包含加密货币金额、接收方公钥以及发送方签名（即加密绑定）等关键信息。区块按顺序堆叠，构成了区块链本身。

每条链的创世区块都被用作锚点。它永远不会在正向被引用，而所有其他区块都会在正向和反向被引用，从而对链进行加密哈希运算。

3.网络层

网络层支持区块链上的节点间通信。它使每个节点能够获取网络中正在验证的交易和区块的最新信息。这对于去中心化共识和区块传播至关重要。

也就是说，区块链的网络层就像一个消息传递协议——连接用户和验证者，发送交易，并实现节点发现。如果没有这样的层，区块链就不能用作分布式账本。

4.共识层

区块链中的共识层是去中心化决策的基石。它保证网络上所有节点在特定时间点对区块链的状态达成一致。不同的区块链采用不同的共识机制，例如工作量证明 (PoW) 或权益证明 (PoS)，以验证交易并添加新区块。

让我们考虑一个例子：两个验证者正在验证两笔相互冲突的交易，共识算法保证其中一笔交易会被添加到区块链。在 PoW 中，矿工们相互竞争解决复杂的难题，获胜者将获得添加区块的权利。在 PoS 中，验证者是根据网络中的权益来选择的。

5.应用层

应用层是用户和开发者访问区块链网络的入口。应用层运行着各种去中心化应用程序 (dApp)，例如钱包、DeFi 协议、NFT 市场、DAO 等。虽然前端可能看起来和感觉上与传统应用程序相似，但后端却以去中心化基础设施的形式呈现。

智能合约——嵌入区块链的程序代码——在此层执行，执行逻辑并最大限度地减少中间人。第 3 层区块链协议也是其中的一部分，这使得基于第 2 层扩容解决方案或第 1 层区块链的用户友好型应用程序成为可能。

深入研究分层区块链协议

最后，让我们将功能层叠加在区块链协议的层上，更正确地称为第 0 层、第 1 层、第 2 层和第 3 层。

第 0 层——这是基础层，包含物理基础设施、互联网协议以及连接一系列区块链的底层架构。例如 Cosmos 和Polkadot，它们在生态系统之间具有互操作性。第 1 层 - 这是区块链的基础层，负责监督数据管理、共识和网络交互。比特币、以太坊、Solana和Cardano是第 1 层区块链，dApp 和智能合约可以在其中原生运行。第 2 层——第 2 层区块链构建在第 1 层之上，在不牺牲安全性的情况下提供可扩展性。例如 Optimism、Arbitrum和闪电网络。这些加密货币层正在缓解拥堵和交易费用。第三层——也称为应用层，承载 dApp、接口和开发者工具。第三层继承了底层的安全性，提供更丰富的用户体验。

这种多层级的区块链结构使应用程序高效、安全且可扩展，并提供了跨链交互和额外定制化的机会。理解区块链层级对于在复杂的 Web3 环境中运行至关重要。

交易、创建 dApp 或接收加密支付都依赖于每个区块链层确保系统的完整性和性能。

区块链架构层提供模块化和灵活性。

第 1 层提供信任和去中心化。第 2 层提供可扩展性。第 3 层将区块链带给用户。

随着采用率的增长以及 ZK-rollups、跨链桥和主 权链等技术的成熟，上述加密层将成为全球数字基础设施的基础。

区块链技术的层次

第 0 层：基础设施和互操作性

Layer 0 是区块链构建的最低层级基础，所有后续层级都建立在其之上。Layer 0 由物理设备（节点、服务器、硬件）、网络连接和互操作性协议组成，使两个或多个 Layer 1 链能够相互通信。

主要工作：

开发连接和通信协议促进主 权链之间的互操作性提供用于启动新 Layer 1 的开发框架

示例：Cosmos、Polkadot、Avalanche 的 Subnet 架构。

第 0 层主要负责通过促进跨链数据共享、智能合约之间的交互和流动性转移来解决区块链网络中的碎片化问题。

第 1 层：基础区块链协议

Layer 1 是基础区块链网络。它指定主链共识算法、区块结构和账本规则。所有基本交易都在这里进行验证和结算。

主要特点：

执行共识（PoW、PoS 等）处理交易最终性支持原生代币和智能合约

例子：

比特币：点对点价值转移第一层以太坊：智能合约第 1 层Cardano、Solana、Tezos：用于提高速度、降低费用和减少能源消耗的扩展器

问题：第 1 层受到可扩展性的限制，因此在高需求环境中交易处理时间较慢且费用增加。

第 2 层：扩展解决方案

Layer 2 解决方案堆叠在 Layer 1 之上，在不损害去中心化的情况下提高可扩展性和效率。这些解决方案包括：

Rollups：将链下交易与发布到 Layer 1 的证明进行捆绑（例如 Optimism、Arbitrum）状态通道：秘密支付通道（例如比特币闪电网络）侧链：与第 1 层交互的独立链（例如以太坊的 Polygon）

好处：

更高的交易容量降低 gas/交易费用更好的用户体验

第 2 层是大规模采用所缺少的环节，特别是对于低延迟和高容量的 dApp（例如游戏、DeFi）。

第 3 层：应用和执行

第 3 层是应用层，dApp 和智能合约就驻留在此层。用户界面位于此处，并支持针对原生移动应用程序或标准 Web 应用程序的区块链功能。

构建块：

用户界面去中心化协议（DeFi、NFT、DAO 等）智能合约逻辑

创新和实验就在这里发生。从 Uniswap 到 OpenSea，区块链中的许多活动都发生在第三层，处于较低层级的安全性之上。

L1 与 L2 区块链：有什么区别？

特征第 1 层区块链第 2 层区块链角色基础协议层L1 之上的扩展解决方案例子比特币、以太坊、Solana闪电网络、Arbitrum可扩展性有限的高的费用更高降低安全本国的继承自 L1定制低的高的

实际用途

研究区块链层并不是一个理论概念——实际用途是应用它们来解决实际问题：

第 0 层示例 - Polkadot

Polkadot 为不同区块链（平行链）之间的互联互通提供了底层框架。它促进了原本孤立的网络之间的通信和互联互通——一个真正的 Layer 0 协议。

第 1 层示例 - 以太坊

以太坊是 Layer 1 区块链，具备线内共识、数据存储和智能合约功能。它是 DeFi 和 NFT 的天堂，但其可扩展性限制引发了人们对 Layer 2 解决方案的兴趣。

第 2 层示例 - 任意与乐观

这些 Layer 2 解决方案通过将交易路由到链下并在主网上提交，从而减少了以太坊的拥堵和 Gas 成本。它们在不影响安全性的情况下显著提高了吞吐量。

Layer 3 示例 - Uniswap 和 OpenSea

像 Uniswap（去中心化交易所）和 OpenSea（NFT 市场）这样的平台，都是建立在第 2 层和第 1 层解决方案之上的。这些平台可以被视为第 3 层实现，为区块链上的用户提供接口和业务逻辑。

每一层都有特定的用途——了解解决方案所在的位置有助于确定其实用性、可扩展性和风险状况。

分层区块链架构的未来

随着区块链的日益普及，分层架构将不断发展，以满足可扩展性、互操作性和监管方面的需求。塑造未来的一些关键趋势包括：

模块化区块链：

开发人员不再试图用单一的区块链包揽所有事情，而是转向模块化架构，其中每个层级（执行、共识、数据可用性）都可以独立优化。Celestia 和基于 Cosmos SDK 的区块链就是一些例子。

零知识证明（ZKP）：

Layer 2 和 Layer 3 正在越来越多地引入高级加密技术，以在不影响可扩展性的前提下提供隐私保护。例如，ZK-rollups 可以确保更快、更安全的交易。

链之间的互操作性：

0 层协议和桥接技术将在简化 1 层和 2 层网络之间的通信方面发挥关键作用。这将减少碎片化并释放前所未有的效用。

主 权应用链

团队不是在共享基础设施上执行 dApp，而是开发自己的第 1 层或第 2 层链，这些链针对特定用例（游戏、社交媒体、供应链等）进行了优化。

人工智能和物联网集成：

硬件和网络层将越来越多地与人工智能代理和物联网设备集成，因此区块链将嵌入到分散的技术堆栈中。

最终，分层设计使区块链技术具有适应性并面向未来。随着更多用例的出现——从CBDC到Web3社交平台——我们很可能会看到整个区块链堆栈的进一步专业化。

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